Sviluppo e confronto di tecniche di stima della traiettoria di sensori 3D Andrea Bidinost
TARGET: Estimate camera pose and trajectory from 3D images acquired by 3D structured light sensor.
Development of new algorithm for egomotion estimation (Frame Based and Color Fusion) and comparison with Iterative Closest Point approaches.
Usage of inverse depth space for 3D data modelization.
Cloud Computing: Una Soluzione "Private" Basata Su Software IBM (Tesi di laur...Alberto Scotto
Tesi di laurea di I livello discussa all'Università degli Studi di Torino, Facoltà di Scienze MFN, Corso di Studi di Informatica. Questo lavoro nasce dalla mia collaborazione con Blue Reply, nonché dalla partnership tra Blue Reply e IBM.
Scopo della tesi è progettare una soluzione di private cloud di tipo Infrastructure as a Service usando un prodotto IBM, il Service Delivery Manager 7.2.1, a partire da una serie di requisiti.
Sviluppo e confronto di tecniche di stima della traiettoria di sensori 3D Andrea Bidinost
TARGET: Estimate camera pose and trajectory from 3D images acquired by 3D structured light sensor.
Development of new algorithm for egomotion estimation (Frame Based and Color Fusion) and comparison with Iterative Closest Point approaches.
Usage of inverse depth space for 3D data modelization.
Cloud Computing: Una Soluzione "Private" Basata Su Software IBM (Tesi di laur...Alberto Scotto
Tesi di laurea di I livello discussa all'Università degli Studi di Torino, Facoltà di Scienze MFN, Corso di Studi di Informatica. Questo lavoro nasce dalla mia collaborazione con Blue Reply, nonché dalla partnership tra Blue Reply e IBM.
Scopo della tesi è progettare una soluzione di private cloud di tipo Infrastructure as a Service usando un prodotto IBM, il Service Delivery Manager 7.2.1, a partire da una serie di requisiti.
Tecniche per la rilevazione e correzione di errori nell'elaborazione automati...Matteo Gazzin
Tesi di laurea specialistica in Ingegneria Informatica.
Autore: Gazzin Matteo.
Laboratorio di reti di calcolatori
Dipartimento di ingegneria industriale e dell'informazione
Università degli studi di trieste
Aprile 2011.
Progettazione Strutturale Antincendio - A.A.2014/15
Facolta' di Ingegneria - Universita' di Roma La Sapienza
Prof. Ing. Franco Bontempi
Ing. Giordana Gai
Elaborato di Luigi Trinchieri
Python è un linguaggio di programmazione potente e di facile apprendimento. Utilizza efficienti strutture dati di alto livello e un semplice ma efficace approccio alla programmazione orientata agli oggetti. L’elegante sintassi di Python e la tipizzazione dinamica, unite alla sua natura di linguaggio interpretato, lo rendono ideale per lo scripting e lo sviluppo rapido di applicazioni in molte aree diverse e sulla maggior parte delle piattaforme.
L’interprete Python e l’ampia libreria standard sono liberamente disponibili, in file sorgenti o binari, per tutte le principali piattaforme sul sito web di Python, http://www.python.org/, e possono essere liberamente distribuiti. Lo stesso sito contiene anche, oltre alle distribuzioni, puntatori a molti moduli Python liberi e gratuiti di terzi, interi programmi, strumenti di sviluppo e documentazione addizionale.
L’interprete Python è facilmente estendibile con nuove funzioni o tipi di dato implementati in C o C++ (o altri linguaggi richiamabili dal C). Python è anche adatto come linguaggio di estensione per applicazioni personalizzabili.
Questo tutorial introduce informalmente il lettore ai concetti e alle caratteristiche base del linguaggio e del sistema Python. È di aiuto avere un interprete Python a portata di mano per fare esperienza diretta, ma tutti gli esempi sono autoesplicativi, quindi il tutorial può essere letto anche a elaboratore spento.
Per una descrizione degli oggetti e dei moduli standard, si veda il documento La libreria di riferimento di Python. Il manuale di riferimento di Python fornisce una definizione più formale del linguaggio. Se s’intendono scrivere estensioni in C o C++, si legga Extending and Embedding the Python Interpreter e Python/C API Reference. Ci sono anche numerosi libri che si occupano in modo approfondito di Python.
Questo tutorial non si propone di essere onnicomprensivo e di coprire ogni singola funzionalità o anche solo quelle più comunemente usate. Vuole essere piuttosto un’introduzione alle caratteristiche più notevoli di Python e fornire un’idea precisa dello stile del linguaggio. Dopo averlo letto si sarà capaci di leggere e scrivere moduli e programmi in Python, e quindi pronti ad imparare di più sui vari moduli della libreria Python descritta nel documento La libreria di riferimento di Python.
Tecniche per la rilevazione e correzione di errori nell'elaborazione automati...Matteo Gazzin
Tesi di laurea specialistica in Ingegneria Informatica.
Autore: Gazzin Matteo.
Laboratorio di reti di calcolatori
Dipartimento di ingegneria industriale e dell'informazione
Università degli studi di trieste
Aprile 2011.
Progettazione Strutturale Antincendio - A.A.2014/15
Facolta' di Ingegneria - Universita' di Roma La Sapienza
Prof. Ing. Franco Bontempi
Ing. Giordana Gai
Elaborato di Luigi Trinchieri
Python è un linguaggio di programmazione potente e di facile apprendimento. Utilizza efficienti strutture dati di alto livello e un semplice ma efficace approccio alla programmazione orientata agli oggetti. L’elegante sintassi di Python e la tipizzazione dinamica, unite alla sua natura di linguaggio interpretato, lo rendono ideale per lo scripting e lo sviluppo rapido di applicazioni in molte aree diverse e sulla maggior parte delle piattaforme.
L’interprete Python e l’ampia libreria standard sono liberamente disponibili, in file sorgenti o binari, per tutte le principali piattaforme sul sito web di Python, http://www.python.org/, e possono essere liberamente distribuiti. Lo stesso sito contiene anche, oltre alle distribuzioni, puntatori a molti moduli Python liberi e gratuiti di terzi, interi programmi, strumenti di sviluppo e documentazione addizionale.
L’interprete Python è facilmente estendibile con nuove funzioni o tipi di dato implementati in C o C++ (o altri linguaggi richiamabili dal C). Python è anche adatto come linguaggio di estensione per applicazioni personalizzabili.
Questo tutorial introduce informalmente il lettore ai concetti e alle caratteristiche base del linguaggio e del sistema Python. È di aiuto avere un interprete Python a portata di mano per fare esperienza diretta, ma tutti gli esempi sono autoesplicativi, quindi il tutorial può essere letto anche a elaboratore spento.
Per una descrizione degli oggetti e dei moduli standard, si veda il documento La libreria di riferimento di Python. Il manuale di riferimento di Python fornisce una definizione più formale del linguaggio. Se s’intendono scrivere estensioni in C o C++, si legga Extending and Embedding the Python Interpreter e Python/C API Reference. Ci sono anche numerosi libri che si occupano in modo approfondito di Python.
Questo tutorial non si propone di essere onnicomprensivo e di coprire ogni singola funzionalità o anche solo quelle più comunemente usate. Vuole essere piuttosto un’introduzione alle caratteristiche più notevoli di Python e fornire un’idea precisa dello stile del linguaggio. Dopo averlo letto si sarà capaci di leggere e scrivere moduli e programmi in Python, e quindi pronti ad imparare di più sui vari moduli della libreria Python descritta nel documento La libreria di riferimento di Python.
Telecontrollo di un sistema cartesiano a 2 g.d.l. mediante interfaccia aptica...GabrieleGandossi
Il telecontrollo è una condizione operativa in cui una persona telecontrolla a distanza un dispositivo meccatronico, detto "slave", mediante un altro sistema meccatronico, detto "master". L'operatore interagendo con il dispositivo "master" è in grado di controllare il movimento del dispositivo "slave" e, al contempo, riceve da quest'ultimo uno (o più) feedback, che può essere visivo, tattile o in forza. La differenza principale tra un sistema telecontrollato e un dispositivo autonomo è che il secondo è in grado di svolgere una serie di operazioni di interesse in modo automatico tramite l'ausilio di sofisticati algoritmi, mentre il secondo richiede necessariamente la presenza di una persona. Tuttavia, il vantaggio di un dispositivo telecontrollato è che abbina le alte prestazioni, in termini di precisione, robustezza, ripetibilità, di un sistema meccatronico alla capacità decisionale di un essere umano, che è una prerogativa essenziale in alcune applicazioni, come, ad esempio, in ambito chirurgico e militare. Tipici dispositivi impiegati come "master" in un'attività di telecontrollo sono le interfacce aptiche, le quali sono sistemi meccatronici controllati mediante un opportuno sistema di controllo in forza.
La presente tesi si prefigge l'obbiettivo di realizzare un'applicazione di telecontrollo di un sistema cartesiano a 2 g.d.l., mediante un'interfaccia aptica a 1 g.d.l.. Pertanto, l'obbiettivo è, innanzitutto, di controllare a distanza il movimento dell'"end - effector" del sistema cartesiano mediante l'interfaccia aptica ad 1 g.d.l. (telecontrollo cinematico). Al contempo, si desidera far percepire all'operatore un ritorno in forza, a livello del manipolo dell'interfaccia, che è strettamente correlato all'interazione del dispositivo "slave" con l'ambiente ad esso circostante. Per raggiungere tale scopo, si è, innanzitutto, studiato la struttura meccanica dei due sistemi a disposizione, sviluppando dei loro appropriati modelli rigidi e cedevoli, e si è svolto per entrambi un’approfondita ad analisi modale. Si è, poi, implementato un performante sistema di controllo in posizione per il dispositivo “slave”, che è strettamente necessario per poter controllare a distanza i movimenti di quest’ultimo mediante l’interfaccia aptica. Inoltre, si è studiato nel dettaglio il tema del controllo in forza, analizzando due principali strategie: in impedenza e in ammettenza. Infatti, per poter rendere il sistema meccatronico ad 1 g.d.l. un’interfaccia aptica è necessario controllarla mediante un opportuno sistema di controllo in forza. Infine, un terzo passaggio fondamentale per poter realizzare l’attività di telecontrollo è stato l’implementazione di un sicuro e affidabile sistema di comunicazione, tramite il quale trasferire i dati dal “master” allo “slave”, e viceversa. A riguardo si è studiato e testato due protocolli di comunicazione (TCP e UDP) offerti da Simulink Real – Time.
Sistemi SCADA - Supervisory control and data acquisitionAmmLibera AL
I sistemi SCADA (Supervisory control and data acquisition) svolgono un ruolo importante in tutte le strutture che realizzano l'automazione industriale. Per conoscerli, progettarli e realizzarli è necessario disporre di conoscenze che non si limitano a una specifica disciplina.
Un buon progetto SCADA può comportare l'uso di strumenti e metodi di ingegneria del software, di progettazione hardware, di gestione dei progetti. Allo stesso tempo debbono essere ben note le caratteristiche del processo fisico da controllare, le funzionalità comunemente richieste a un sistema di controllo, le attitudini degli operatori e altro ancora.
Questo ebook ha lo scopo di presentare gli elementi essenziali che caratterizzano uno SCADA e, al tempo stesso, una sintesi delle conoscenze necessarie a chiunque si trovi a partecipare alla realizzazione di sistemi di questo tipo.
Gli autori:
Stefano Bimbo, responsabile tecnico in un'azienda di automazione, progettista e sviluppatore di sistemi SCADA, ha partecipato a importanti progetti in ambito nazionale e internazionale in diversi settori dell'automazione.
Enrico Colaiacovo, ingegnere elettronico, progettista di sistemi informativi aziendali e sviluppatore di sistemi SCADA, ha partecipato a progetti di automazione nel settore dell'energy management.
Link all’articolo originale "Sistemi SCADA - Supervisory control and data acquisition" su apogeonline.com:
http://www.apogeonline.com/libri/88-503-1042-0/scheda
Tesi Dottorato di Ricerca in Informatica e Telecomunicazioni Dott. Ing. Crist...Cristian Randieri PhD
Lo studio dei sistemi dinamici possiede oggi un carattere fortemente interdisciplinare, con applicazioni riguardanti la fisica, la chimica e la biologia. In campo fisico le stesse tecniche, nate per risolvere problemi di meccanica celeste (come ad esempio lo studio della stabilità solare) vengono applicati alla dinamica stellare di una galassia [1], a fenomeni di ottica in un mezzo non omogeneo [2], e alla fisica degli acceleratori di particelle [3]. In quest’ultimo caso, in particolare, l’introduzione dei magneti superconduttori nella costruzione dei grandi acceleratori adronici [4], pur avendo permesso di raggiungere campi magnetici elevati (e quindi elevate energie) a costi contenuti negli ultimi anni ha dato un forte impulso alla ricerca svolta nel campo della fisica nucleare.
Tali studi molte volte teorici, necessitano di opportune verifiche sperimentali che vengono effettuate sfruttando sistemi complessi quali ad esempio gli acceleratori di particelle unitamente ad altri il più delle volte autocostruiti specificatamente per l’esperimento oggetto della ricerca. Tali sistemi per la loro caratteristica complessità necessitano di svariati sottosistemi di controllo e monitoraggio remoto poiché i vari esperimenti nella maggior parte dei casi sono molto rischiosi per l’essere umano che quindi demanda alle macchine la supervisione ed il controllo di molti parametri sensibili.
Nasce quindi l’esigenza di mettere a punto ed utilizzare sistemi di controllo remoto di tipo distribuito sufficientemente robusti da ben tollerare le avverse condizioni operative presenti (campi elettromagnetici intensi, sorgenti radioattive, fluidi criogenici a bassissime temperature ecc.) ed in grado di soddisfare i necessari requisiti di sicurezza, affidabilità e semplicità: si pensi agli apparati per la generazione del vuoto, ai sistemi per l’acquisizione delle misure sperimentali, a quelli per il controllo dei fasci di particelle, ai sistemi per il raffreddamento a temperature prossime allo zero assoluto, a tutti i possibili attuatori e trasduttori (pompe, elettrovalvole, organi meccanici) di supporto alla ricerca sperimentale nel campo della fisica nucleare.
D’altro canto l’avvento e la diffusione delle nuove tecnologie delle telecomunicazioni unitamente all’incessante sviluppo dell’elettronica digitale e delle reti di calcolatori ha radicalmente modificato le tecniche e le metodologie per il controllo di processo di sistemi molto complessi: in particolare oggi cresce sempre di più l’esigenza di un controllo distribuito, dove sistemi intelligenti e dispositivi di controllo e/o di misura devono essere in grado di comunicare tra loro. Unitamente a ciò è aumentata la necessità di ridurre al minimo il cablaggio dei sistemi che si traduce nella riduzione della posa in opera e manutenzione dei cavi. Queste nuove esigenze trovano nelle nuove tecnologie di networking svariate soluzioni sufficientemente consolidate...
"Un'architettura dinamica service-oriented
per l'esecuzione distribuita di task" - Tesi di laurea di Andrea Piemontese, correlatore dr. Nicola Mezzetti, relatore prof. Fabio Panzieri
Caratterizzazione di un rivelatore a piatti resistivi (RPC)
Il mio libro - My book (intro)
1. Abstract tratto da www.darioflaccovio.it - Tutti i diritti riservati
DANIELE BARTOLUCCI
PRINCIPI DI
LASER SCANNING 3D
HARDWARE - METODOLOGIE APPLICATIVE - ESEMPI
2. Abstract tratto da www.darioflaccovio.it - Tutti i diritti riservati
@
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3. Abstract tratto da www.darioflaccovio.it - Tutti i diritti riservati
INDICE
Premessa ................................................................................................................pag. 7
Prefazione................................................................................................................ » 9
1. IL LASER
1.1. Definizione di laser ........................................................................................ » 11
1.2. Caratteristiche principali del laser .................................................................. » 11
1.3. Descrizione dei principali tipi di laser ............................................................ » 13
1.4. Rischi e precauzioni nell’utilizzo del laser .................................................... » 13
1.5. Classificazione .............................................................................................. » 13
1.6. Cenni sulla riflessione del laser nei diversi materiali .................................... » 14
2. IL LASER SCANNER
2.1. La stazione totale e il laser scanner: differenze e uguaglianze ...................... » 17
3. I PRINCIPI DI MISURAZIONE
3.1. Generalità ........................................................................................................ » 21
3.2. Triangolatori.................................................................................................... » 21
3.3. Scanner a tempo di volo.................................................................................. » 25
3.4. Distanziometri a misura di fase ...................................................................... » 26
4. PORTATE E FINESTRA DI LAVORO DEI LASER SCANNER
4.1. Scansioni e zone d’ombra .............................................................................. » 29
5. ALTRE INFORMAZIONI MISURABILI CON I LASER SCANNER
5.1. Luminanza ...................................................................................................... » 31
5.2. Valore true color ............................................................................................ » 34
5.3. Valore della direzione normale ...................................................................... » 37
6. IL RILIEVO SUL CAMPO
6.1. Introduzione .................................................................................................... » 39
6.2. Setting dello strumento .................................................................................. » 39
6.3. Accorgimenti .................................................................................................. » 42
7. L’UNIONE DELLE SCANSIONI
7.1. Determinazione di mire e sfere ...................................................................... » 45
8. L’ELABORAZIONE DEI DATI
8.1. Pulizia e semplificazione della nube .............................................................. » 55
8.2. Sezioni ............................................................................................................ » 60
8.3. Calcolo dei volumi .......................................................................................... » 62
8.4. Mesh ................................................................................................................ » 65
8.5. Editing della mesh .......................................................................................... » 71
4. Abstract tratto da www.darioflaccovio.it - Tutti i diritti riservati
6 PRINCIPI DI LASER SCANNING 3D
8.6. Colorazione della mesh .................................................................................. » 76
8.6.1. Ortofoto ................................................................................................ » 80
9. MODELLAZIONE SOLIDA
9.1. Introduzione .................................................................................................... » 85
9.2. Vincoli ............................................................................................................ » 88
9.3. Editing degli elementi .................................................................................... » 89
10. ESEMPI PRATICI
10.1. Rilievo tramite tecnologia laser scanner 3D dello scafo
di un’imbarcazione a vela e determinazione delle sezioni trasversali
tipiche delle costruzioni navali .................................................................... » 95
10.2. Rilievo archeologico mediante dispositivo scanner laser 3D. Verso una
registrazione tridimensionale delle evidenze stratigrafiche: l’edificio 2 -
magazzino - nel sito archeologico di Classe ................................................ » 100
10.3. Radiotelescopi di Noto e Medicina: deformazioni gravitazionali valutate
tramite un’indagine laser terrestre ................................................................ » 105
10.3.1. Peculiarità dei radiotelescopi di Medicina e di Noto ...................... » 105
10.3.2. Misure effettuate presso gli osservatori radioastronomici
di Medicina e Noto .......................................................................... » 107
10.3.3. Elaborazione dei dati ...................................................................... » 108
10.3.4. Calcolo delle deformazioni gravitazionali delle antenne VLBI ........ » 110
10.3.5. Conclusioni ...................................................................................... » 111
10.4. Rilievo delle superfici curve della cappella Palatina di Palermo ................ » 112
10.4.1. Rilievo topografico tradizionale e con laser a scansione ................ » 113
10.4.2. Rilievo delle superfici curve della cappella Palatina di Palermo .... » 113
10.4.3. Rilievo fotogrammetrico .................................................................. » 115
10.4.4. Conclusioni ...................................................................................... » 116
10.5. Rilievo del villino Ruggeri di Pesaro .......................................................... » 117
10.6. Modelli digitali 3D in archeologia: conservazione, restauro e fruizione .... » 124
10.6.1. Sistemi a tecnica additiva di materiale ............................................ » 124
10.6.2. Sistemi a tecnica sottrattiva di materiale ........................................ » 124
10.6.3. Copia di statue e bassorilievi direttamente in pietra naturale .......... » 125
10.6.4. Modelli digitali 3D in archeologia: conservazione, restauro
e fruizione ........................................................................................ » 126
11. GLI IBRIDI DEL RILIEVO
11.1. Stazioni totali motorizzate ad elevate prestazioni ........................................ » 129
11.2. Total Station e laser scanner ........................................................................ » 130
11.3. Scansione intelligente (feature scan) ............................................................ » 131
11.4. Primo test eseguito in architettura ................................................................ » 131
Conclusioni ............................................................................................................ » 134
Bibliografia e riferimenti ........................................................................................ » 135
Sitografia ................................................................................................................ » 135
Immagini da software.............................................................................................. » 135
5. Abstract tratto da www.darioflaccovio.it - Tutti i diritti riservati
PREMESSA
Il presente volume nasce da un’esperienza decennale, maturata nel settore dei
laser scanner. Nel redigere il testo si è avuto cura di dare speciale rilievo al
lavoro svolto dall’autore presso la Geotop s.r.l. della città di Ancona, che ha
avuto come obiettivo principale quello di far conoscere la tecnologia laser
scanner, e le relative potenzialità, a studi di ingegneria, di architettura, a uni-
versità tecniche ed enti.
Un esame approfondito delle tecniche in uso ha permesso di migliorare e
completare le strumentazioni e i relativi software per renderli più vicini
all’utilizzo comune. Nel corso della stesura si è voluto adottare una rigorosa
semplicità di esposizione in quanto il libro vuole essere uno strumento di
facile consultazione ed elevata comprensibilità data la vastità degli argomen-
ti trattati.
Il lettore troverà una trattazione completa, anche se a tratti necessariamente
sintetica, di tutto ciò che concerne il rilievo tridimensionale. Per chi volesse
approfondire gli argomenti trattati può consultare il sito Internet
www.pls3d.com.
Il testo si può virtualmente suddividere in tre parti: nella prima vengono spie-
gate le strumentazioni hardware, quindi i laser scanner propriamente detti;
seguono i capitoli che analizzano le numerose operazioni che oggigiorno tutti
i software richiedono per l’elaborazione del dato a “nube di punti”; infine è
presente una parte riguardante alcune esperienze dell’attività professionale
dell’autore svoltesi all’interno di atenei e in collaborazione con altri studiosi
del campo.
6. Abstract tratto da www.darioflaccovio.it - Tutti i diritti riservati
PREFAZIONE
La prima volta che ho visto un rilievo effettuato con il laser a scansione è nel
1999 al convegno internazionale del Cipa (World Heritage Documentation)
di Olinda, in Brasile. Il compianto Robin Letellier, architetto conservatore di
Montreal, mostrò una serie di esempi stupefacenti e impressionanti per vero-
simiglianza, qualità, ricchezza di dettagli. A dir la verità, già in precedenza io
stesso avevo effettuato la scansione di due cupole, quella del Battistero di san
Giovanni a Firenze e quella della sala ottagonale della domus aurea a Firenze,
ma la scarsità di punti rendevano qui rilievi molto diversi, meno dettagliati,
meno significativi di quelli di Letellier e mi fece apparire quello che vedevo
a Olinda, una assoluta novità tecnologica. Finalmente era possibile ricostrui-
re in scala 1/1 una statua, un qualunque oggetto, una architettura, con una
incredibile fedeltà di dettaglio. Il vecchio problema della fotogrammetria
architettonica, quello di rilevare e poi rappresentare il rilievo di un oggetto
complesso, come una statua, era finalmente risolto. Ormai sono passati quasi
dieci anni dal convegno di Olinda, e il laser a scansione terrestre per il rilie-
vo architettonico è diventato una strada obbligata, uno strumento indispensa-
bile agli operatori del settore al punto che la fotogrammetria architettonica,
quella che una volta veniva chiamata fotogrammetria dei vicini, ha perso
molta della sua importanza, del suo fascino. Non c’è dubbio che la più impor-
tante novità tecnologica nel campo del rilievo sia stata il laser a scansione,
soprattutto per il rilievo architettonico. Il limite discriminatorio della attrez-
zatura consiste tuttavia ancora nel suo costo cospicuo, tale da renderlo non
disponibile alle magre risorse della maggioranza dei laboratori universitari
italiani. Il che non significa che questi non effettuino rilievi mediante scan-
sione laser. Per esempio, con il laboratorio, abbiamo portato a termine molte
scansioni. Debbo veramente un grande ringraziamento quindi all’amico
Daniele per essersi reso disponibile a collaborare, ed effettuare le scansioni
come quelle dell’anfiteatro romano e della facciata del duomo di Ancona,
della sagrestia vecchia di san Lorenzo a Firenze, del villino Ruggeri di
7. Abstract tratto da www.darioflaccovio.it - Tutti i diritti riservati
10 PRINCIPI DI LASER SCANNING 3D
Pesaro. Ringraziamento non solamente per la usa disponibilità ma anche elo-
gio alla sua competenza, perizia, abilità. Questo libro nasce come una sinte-
si, come una antologia, una collezione di esempi, utili per consultazione, da
parte di architetti, ingegneri, tecnici del restauro, appassionati di architettura.
Voglio sperare che diventino una specie di prontuale operativo ovvero di
manuale per i riferimenti che esso può fornire, preziosi suggerimenti di pras-
si operativa da seguire, spunti illuminanti di occasioni, di tipologie di inter-
vento.
Gabriele Fangi
8. Abstract tratto da www.darioflaccovio.it - Tutti i diritti riservati
1. IL LASER
1.1. DEFINIZIONE DI LASER
Laser è l’acronimo inglese di Light Amplification by the Stimulated Emission
of Radiation, ovvero amplificazione di luce tramite emissione stimolata di
radiazioni.
Tutto nasce da un’intuizione di Albert Einstein del 1917 su un effetto chiama-
to emissione stimolata di radiazione, per cui è possibile indurre un atomo a
emettere radiazione se illuminato da una radiazione dello stesso tipo. Diffe-
rentemente dalla luce prodotta da una normale lampadina, il laser possiede
alcune peculiarità che lo rendono unico: un dispositivo laser produce, infatti,
un fascio luminoso direzionale costituito da fotoni di energia ben definita e
intensità del fascio molto elevata dove quest’ultima dipende dal numero di
fotoni in esso contenuto1.
1.2. CARATTERISTICHE PRINCIPALI DEL LASER
Il laser presenta delle particolari caratteristiche. Di seguito si citano quelle più
importanti:
– unidirezionalità: la luce laser si propaga in una direzione ben definita, a
differenza della luce di una normale lampadina ad incandescenza che
emette luce in tutte le direzioni; un fascio laser a grande distanza diverge
in maniera minima;
– monocromaticità: la radiazione laser presenta sempre una stessa frequen-
za, mentre una lampadina ad incandescenza emette radiazione composta
da fotoni di energie differenti;
– coerenza: il fascio di luce laser deve essere costituito da onde della stessa
frequenza e della stessa fase che si sommano l’una all’altra con grande
1 Bornaz L., Principi di funzionamento e tecniche di acquisizione, Dipartimento di Ingegneria dell’Ambiente
del Territorio e delle Geotecnologie, Politecnico di Torino.
9. Abstract tratto da www.darioflaccovio.it - Tutti i diritti riservati
12 PRINCIPI DI LASER SCANNING 3D
intensità e potenza. Si considerano due sorgenti puntiformi identiche e si
suppone che emettano onde continue; in tutti i punti dello spazio le inten-
sità delle due onde saranno nel tempo costantemente le stesse. Le due sor-
genti si diranno coerenti fra loro.
La lunghezza d’onda del laser può variare dai 200 nm ai 700 nm passando
così dall’ultravioletto al visibile e all’infrarosso. Si ricorda che per lunghez-
za d’onda s’intende la distanza fra i due punti di massima altezza dell’onda.
Figura 1.1
Rappresentazione della lunghezza d’onda
Figura 1.2
Schematizzazione dello spettro
elettromagnetico, luce visibile
energia e lunghezza d’onda
10. Abstract tratto da www.darioflaccovio.it - Tutti i diritti riservati
1. Il laser 13
1.3. DESCRIZIONE DEI PRINCIPALI TIPI DI LASER
Un laser è costituito tipicamente da un cilindro allungato di materiale attivo,
in grado di amplificare la radiazione che lo attraversa, inserito fra una coppia
di specchi contrapposti, di cui uno è parzialmente trasparente per consentire
l’estrazione del fascio, che rinviano continuamente la radiazione attraverso il
materiale stesso.
I diversi tipi di laser si distinguono per consuetudine in base allo stato di
aggregazione del materiale attivo. Si hanno così:
– laser a stato solido, a cristalli e vetri o a semiconduttori;
– laser a liquidi;
– laser a gas (ulteriormente suddivisi in laser ad atomi neutri, laser ad ioni,
laser molecolari, laser ad eccimetri e laser ad elettroni liberi)2.
1.4. RISCHI E PRECAUZIONI NELL’UTILIZZO DEL LASER
I rischi derivanti dall’utilizzo di dispositivi laser interessano direttamente la
persona e possono creare disturbi alla pelle e agli occhi. È sempre importante
conoscere il livello massimo di radiazione al quale possono essere esposti que-
sti organi, per evitare che subiscano danni a breve o a lungo termine. La tolle-
rabilità da parte dell’uomo alla radiazione laser è direttamente proporzionale
alla lunghezza d’onda, alla durata dell’esposizione, alla modulazione e all’or-
gano colpito, ed è definita da specifiche tabelle. Un tecnico laser dovrebbe
avere sempre competenze specifiche relative ai problemi di sicurezza ed ade-
guarsi alle norme di utilizzazione del laser. È invece responsabilità del costrut-
tore o del suo agente fornire la corretta classificazione di un apparecchio laser.
Quando la modifica da parte dell’utilizzatore di un apparecchio già classifica-
to influenza un aspetto qualunque delle prestazioni dell’apparecchio o delle
sue funzioni, chi effettua tale modifica ha la responsabilità di assicurare la
riclassificazione e quindi la nuova targatura dell’apparecchio laser.
1.5. CLASSIFICAZIONE
I laser sono classificati in classi crescenti di rischio:
– classe 1: laser che sono sicuri nelle condizioni di funzionamento ragione-
volmente prevedibili;
2 Dispense del corso di sicurezza laser dell’ing. Piergiorgio Aprili. (http://www.ac.infn.it/sicurezza/rel/LASER.pdf)
11. Abstract tratto da www.darioflaccovio.it - Tutti i diritti riservati
14 PRINCIPI DI LASER SCANNING 3D
– classe 2: laser che emettono radiazione visibile nell’intervallo di lunghez-
ze d’onda tra 400 e 700 nm. La protezione dell’occhio è normalmente assi-
curata dalle reazioni di difesa, compreso il riflesso palpebrale;
– classe 3A: laser che sono sicuri per la visione ad occhio nudo. Per i laser
che emettono nell’intervallo di lunghezze d’onda tra 400 e 700 nm, la pro-
tezione è assicurata dalle reazioni di difesa, compreso il riflesso palpebra-
le. Per le altre lunghezze d’onda il rischio per l’occhio nudo non è superio-
re a quello di classe 1. La visione diretta del fascio dei laser di classe 3A
con strumenti ottici (binocoli, telescopi, microscopi) può essere pericolosa;
– classe 3B: la visione diretta del fascio di questi laser è sempre pericolosa.
La visione di riflessioni diffuse è normalmente pericolosa;
– classe 4: laser che sono in grado di produrre riflessioni diffuse pericolose.
Possono causare lesioni alla pelle e potrebbero anche costituire un perico-
lo di incendio. Il loro uso richiede un’estrema cautela3.
1.6. CENNI SULLA RIFLESSIONE DEL LASER NEI DIVERSI MATERIALI
La riflessione del raggio laser dipende dalla rugosità della superficie e dalla
lunghezza d’onda del laser.
Nel caso di superficie rugosa la riflessione segue il principio della legge di
Lambert, quindi la direzione di riflessione è indipendente da quella del rag-
gio incidente; se invece la superficie è perfettamente liscia, la riflessione del
raggio è speculare.
Figura 1.3
Confronto tra la riflessione del raggio su superficie rugosa e liscia
3 Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Sezione di Padova. (http://www.pd.infn.it/safety/laser/laser.html)
12. Abstract tratto da www.darioflaccovio.it - Tutti i diritti riservati
1. Il laser 15
Nella realtà difficilmente ci si trova a misurare in superfici simili a quelle
descritte. Il raggio laser quindi si comporta in maniera ibrida.
Infine una reazione diversa avviene per le superfici catarifrangenti o retro-
riflettenti dove il raggio laser viene respinto nella stessa identica direzione del
raggio incidente. Questa eccezione è sfruttata, come si vedrà in seguito, per
individuare dei target (mire) simili a quelli usati in topografia, al fine di unire
più scansioni fra loro o georeferire le nubi di punti a un sistema topografico
noto.
Figura 1.4
Rappresentazione di una raggio laser
su superficie catarifrangente
13. Abstract tratto da www.darioflaccovio.it - Tutti i diritti riservati
5. ALTRE INFORMAZIONI MISURABILI
CON I LASER SCANNER
5.1. LUMINANZA
Come accennato in precedenza i laser scanner, oltre a misurare migliaia di
punti al secondo attribuendogli valori di coordinate x, y, z, sono in grado di
misurare informazioni.
Alle misure più utili sicuramente appartiene il valore di luminanza che si rife-
risce alla misura della quantità di segnale laser di ritorno allo strumento.
Il valore ottenuto dipenderà dalla natura della superficie stessa, dal suo indi-
ce di riflessione e dall’angolo di visione. La sua unità di misura è cd/m2 (can-
dele al metro quadro).
Il funzionamento è molto semplice. Si ipotizza che il raggio laser parta dallo
strumento con valore di intensità massima pari a 100, colpisca l’oggetto, ed
in base alla natura dello stesso ritorni allo strumento con valore differente.
Una parte del raggio laser viene assorbita, una parte si disperde e così via;
quindi il diodo ricevitore ne registra l’intensità di ritorno e gli assegna un tono
di grigio da 1 a 256. Da ciò una superficie chiara risponderà con un segnale
sicuramente più forte di una superficie scura, un materiale poroso assorbirà
più luce di uno compatto o la stessa superficie risponderà in maniera differen-
te se impregnata di acqua o di umidità.
Analizzando velocemente le immagini di una stessa scansione è inevitabile
notare come la vista a toni di grigio sia di più facile interpretazione e come
aumenti la percezione della tridimensionalità.
Nella figura 5.1 è possibile notare come il materiale dello scafo sia sempre lo
stesso, ma le colorazioni differenti hanno fatto sì che il ritorno del segnale
laser fosse di differente intensità.
Nella figura 5.2 si vede come il dato della luminanza permetta di individua-
re le aree con colorazione differente.
14. Abstract tratto da www.darioflaccovio.it - Tutti i diritti riservati
32 PRINCIPI DI LASER SCANNING 3D
Figura 5.1
Nube di punti di uno scafo visualizzazione con solo valore di coordinate e visualizzazione con valore di luminanza
Figura 5.2
Affresco su cupola
Il valore della luminanza risulta essere differente se si misurano materiali dif-
ferenti o con porosità diverse. È anche differente su pareti con stessa esposi-
zione alla luce solare e ugual materiale che però presentano un differente
grado di umidità.
Viste le enormi quantità di variabili risulta tutt’oggi impossibile riuscire ad
ottenere una catalogazione dei valori di luminanza in base ai singoli para-
metri.
15. Abstract tratto da www.darioflaccovio.it - Tutti i diritti riservati
5. Altre informazioni misurabili con i laser scanner 33
Figura 5.3
Altri esempi di nubi con valore di luminanza
È invece possibile, con appositi filtri software, selezionare tutti i punti con
valore di luminanza affine, isolando così un materiale specifico rispetto ad un
altro, un particolare colore o una macchia d’umidità in base all’utilizzo che il
tecnico ne deve fare.
a) b)
Istogramma del valore di
luminanza. In ascisse vi
sono i 256 toni di grigio,
in ordinate la quantità di
informazione per tono.
Figura 5.4
Selezione di punti con valore omogeneo di luminanza